环境生物学纲领

1、一、绪论一、环境科学与环境问题1） 环境：相对于主体的客体。环境科学所研究的环境，是以人类为主体的外部世界，即人类赖以生存和发展的基本条件的综合体。包括自然环境和社会环境。2） 由来：一是环境污染，一是生态破坏。3） 重大的环境问题：1 因人类活动所排放的废弃物而引起的环境污染，包括温室效应与气候变暖（大气中某些气体对光辐射是透彻无阻的，但是能吸收红外线而阻挡红外辐射的通过，使得能量进来容易出去难，热量的交换与辐射平衡被打破，从而导致地球温度升高的现象。），后果是，导致两极冰川融化，引起海平面上升；同时，全球温度升高，使得内陆地区的地面蒸发加剧，因缺水干旱，其后将发生难以预测的变化；另外，由于

2、区域气候环境的复杂性，致使区域气候变化异常，极端天气出现频率增加，其后的敏感性和极限降低。臭氧层的破坏（引发臭氧损耗的物质，主要是NO与氟氯烃所致）：南极臭氧空洞只出现在南半球春季。酸雨（大气中二氧化硫因光化学作用并随着雨水降落地面）：一般pH小于5.6。有毒有害物质污染：对人体健康和生态环境有害的物质。最严重的部门是：化工、轻工和冶金行业。生态环境的破坏：主要是由于对自然资源的不合理开发和利用造成的。2 实质：由于人类的生产生活活动超过了自然环境的承受能力，对其赖以生存的自然生态系统的结构和功能产生了破坏作用，导致人与其生存环境的不协调。3 环境科学发展历史：一、20世纪50年代环境问题成为

3、全球性重大问题；二、1968年国际科学联合会成立了环境问题科学委员会。4 环境科学就是要在科学整体化过程中，充分利用自然科学和工程技术等各种学科的知识，对人类活动引起的环境变化和对人类自身的影响，以及有效的控制途径进行系统的、综合的研究。二、环境生物学 1定义：研究生物与受人类干扰的环境之间的相互作用规律及机理 2研究对象：生物与受人类干扰的环境之间的相互关系。 3研究内容：1）环境污染引起的生物效应和生态效应及机理，生物对环境污染的是应及抗性机理，利用生物对环境惊醒监测和评价的原理与方法。 2）生物对环境污染的控制及净化原理及应用； 3）自然保护生物学和恢复生态学以及生物修复技术。 4研究方

4、法：野外调查于试验；实验室试验；模拟研究。 5发展趋势：进一步认识环境问题的实质，提高解决环境问题、有效控制环境污染的能力；同时，在由污染控制和治理转向污染防治、污染最小化方面，充分利用生物的巨大能力，再结合其他技术途径，对传统的工业生产工艺进行改造，以“清洁生产”代替当前占主要地位的“末端治理”。第一章 环境污染的生物效应一、环境污染概述 环境污染：有害物质或因子进入到环境中，并在环境中进行扩散、迁移、转化，使环境系统的结构和功能发生变化，对人类及其它生物的生存和发展产生不利影响的现象。同时，环境污染也包含各种环境变化所衍生的环境效应。 污染物：进入到环境中后能够引起环境的结构、性质和状态发

5、生变化，并直接或间接影响人类生存和发展的物质。 优先污染物：潜在危险性大的污染物。二、环境污染物在生物体内的生物转运和生物转化 1生物转运：污染物通过各种途径和方式与生物机体接触而被吸收、分布和排泄等过程的总称。 1）物质通过生物膜的方式： 被动转运：自由扩散（脂溶性物质）和滤过（水溶性小分子），利用浓度梯度力。 特殊转运（与细胞膜上的特异性蛋白质载体结合）：主动转运和易化扩散。 胞饮和胞吞（利用细胞膜的流动性和可塑性）：颗粒状物质和液粒。 2）污染物吸收途径 消化道吸收：其主要作用的部位是胃与小肠。 呼吸道吸收（肺泡具有一定的解剖生理特点）：气态物质；气溶胶和颗粒状物质（有意义的颗粒大小是0

6、.110微米。 皮肤吸收：一、通过表皮脂质屏障（主要途径）：穿透相（由表皮进入真皮），具有脂溶性；吸收相（有真皮进入乳头层毛细血管），具有水溶性。 二、通过汗腺、皮脂腺和毛囊等皮肤附属器，绕过表皮障碍直接进入真皮。 之物对污染物的吸收：根（根尖细胞）茎（茎孔）叶（气孔）。4） 分布：进入生物机体内的污染物随血液或体液流动，分散到全身各器官细胞的过程。一些污染物有血桨蛋白质结合而不能透过细胞膜，游离状的污染物则可以达到器官组织细胞。还有些环境污染物可以在脂肪组织或骨组织中沉积和蓄积。5） 排泄：主要的排泄器官是：肾和胆囊。2生物转化：指外源化合物进入到生物机体后在有关酶系统的催化作用下的代谢变化

7、过程。（外援化合物是除必需的营养元素和维持生物机体的正常生理功能和生命所必需的物质外，存在于环境中，可与机体接触并进入机体，引起机体发生生物学变化的物质。）1）转化过程外援化合物一级代谢产物二级代谢产物排出体外毒害作用 相反应：外援化合物在有关酶系统的催化作用下经由氧化、还原和水解反应改变其化学结构，形成某些活性基团或进一步使这些活性基团暴露。 相反应：在有关酶系统的催化下，上述活性基团与细胞内的某些物质结合，生成结合产物。一方面可使有毒物质某些功能基团失活，另一方面生成的结合产物水溶性增加，很快由肾脏排出。结合反应类型结合物异物或某一级代谢物葡萄糖醛酸化UDPGA酚、醇、羧酸、胺、磺胺、硫醇

8、硫酸化PAPS酚、芳香胺、醇甲基化SAM多元酚、硫醇、胺、N-杂环化合物乙酰化乙酰辅酶A胺、芳香胺、氨基、化合物甘氨酸结合甘氨酸羧酸（以酰基辅酶A形式）谷胱甘肽结合谷胱甘肽卤化物、硝基化合物、环氧化物三、环境污染物在生物体内的浓缩、积累与放大 生物浓缩：指生物机体或出于同一营养级上的多种生物种群，从周围环境中袭击某种元素或难分解的化合物，使该物质在生物体内的浓度超过其周围环境中的浓度的现象。 生物积累：指生物在整个代谢活跃期通过吸收、吸附和吞食等过程，从周围环境中旭击某种元素或难分解的化合物，以致随着生物的生长该物质在生物体内的浓度便断增大的现象。 生物放大：由于高营养级的生物以低级生物为食物

9、，是的某种元素和难分解的化合物，随着营养级的提高，其在生物体内浓度逐步增大的现象。 浓缩系数=物质在生物体内的浓度/物质在环境介质中浓度。 浓缩机理 其中：Qv表示血液通过某一组织的流量； Vt表示生物组织的体积； K表示该组织对该物质的代谢速率常数； Cb表示进出该组织的血中化合物的浓度。 生物的各个组织和器官对某污染物的浓缩程度，取决于该物质在血液中的浓度，生物组织和血液对该物质的亲合性差异以及生物组织对该物质的代谢。四、生物对污染物在环境中行为的影响一、生物引起的环境污染1） 环境中的病原微生物：大气、水体（沙门氏菌，霍乱弧菌，肠道病毒属）、土壤2） 水体的富营养化3） 微生物代谢产物与

10、环境污染：硫化氢，酸性矿水，硝酸与亚硝酸，微生物毒素。二、金属的生物转化 金属对生物的毒性强度与其浓度有关，但更取决于其存在形态（价态、化合态、结合态、结构态） 环境中微生物对金属的转化，主要是：氧化还原、甲基化作用 重金属生物转化的环境效应1 微生物通过分泌或呼吸作用排出形成的有机重金属化合物，使微生物具有的一种对重金属解毒方式，但被排出的金属化合物，可能比原形态对高等生物更具危害性。2 另一方面，微生物可以把化合态重金属还原成单质，形成蒸汽从所在环境中挥发至空间。这种转移方式可以暂时或永久性地将金属从生物接触的环境中清除出去。 小结：第二章 污染物对生物的影响酶活性诱导：控制酶合成的基因有

11、三种，操纵基因、调节基因和结构基因。结构基因含有酶蛋白合成信息，结构基因的转录速度受到操纵基因的控制，调节基因可形成内源基因阻遏蛋白，作用于操纵基因使之失活，种植结构基因的转录过程。外源化合物与阻遏物形成复合物，是阻遏作用失效，操纵及基因不受阻遏，结构基因指导酶蛋白合成增加。酶抑制作用： 1）不可逆性抑制是由于污染物与酶蛋白的活性中心功能基团发生不可逆结合引起的； 2）非竞争性抑制是一种可逆性抑制，污染物与酶分子的结合位置不是底物与酶蛋白的结合部位，因此增加底物浓度，不能使抑制作用逆转。 3）竞争性抑制的特点是，当底物浓度增加时，抑制作用减弱。竞争性抑制剂与底物具有相似的化学结构，与酶活性中心

12、结合部位相同，但不能被酶代谢。污染物对DNA的影响化学物质损伤正常损伤正常DNA异常DNA紫外线和放射性损伤修复（切割、重合成）DNAX复制靶器官、效应器官和蓄积器官：产生直接毒害作用的器官称为靶器官，表现出毒害作用的器官成为效应器官，污染物在其体内的蓄积部位称为蓄积器官。污染物对生物的生长发育的影响通常通过生长指示器（SFC）测定。P=从食物中获得的能量呼吸作用的能量损失排泄作用的能量损失； 集体对于污染物的解毒作用，也是在消耗大量能量基础上进行的，简言之就是生物机体以生长发育损伤为代价来降低死亡率。 污染物对生物的联合作用第三章 污染物的生物效应检测一、生物测试 1）定义：系统地利用生物的

13、反应测定一种或多种污染物或环境因素单独或联合存 在时，所导致的影响或危害。 注释：所利用的生物反应包括分子、细胞、器官、组织、个体、种群、群落以及生态系统各级水平上的反应；与物理化学测试的比较。 2）短中长期生物测试的方法与目的 短期生物测试：受试生物短时间内暴露于高浓度的污染物中，由于测定半数致死浓度等，目的是快速估计污染物的浓度，平定几种不同的毒物或废物对某种生物的相对毒性或评定不同生物对不同的条件的相对敏感性等。 长期生物测试：其目的是要测定处在持续情况下不造成有害效应的最大允许毒物浓度（MATC）。受试生物的选择：敏感性、代表性、可行性、对毒物的响应能够被反应和测定、易操作性、有相关的

14、资料研究、又可以使用的标准和方法、具有价值。二、一般毒性试验 毒性作用：物质引起生物体损害的总称； 无损害作用特点：不引起机体形态、生长发育和寿命的改变；不引起机体功能容量的降低和对额外应激状态代偿能力的损害；所引起的生物学变化一般是可逆的，当停止接触作用物后，不能检出机体维持及内稳态能力的降低，也不能使机体对其他环境因素不利影响的易感性增强。剂量效应关系或剂量反应关系：分别表示不同剂量在个体或群体中表现出来的量效应大小之间的关系，以及不同剂量与质效应发生率之间的关系。最小有作用剂量：能使机体发生某种异常变化所需要的最小剂量，即能使机体开始出现毒性反应的最低剂量。也称为中毒阈剂量。第五章 环境

15、污染生物净化的原理好氧反应厌氧反应底物一般的高分子有机物基本相同，可以称后较高的负荷受氢体/电子受体氧气化合态盐、碳、硫、氮产物二氧化碳、水等无机小分子有机酸、醇、醛、酮以及二氧化硫、甲烷、氨气、二氧化碳第六章 环境污染的三生物净化方法好氧处理方法比较方法活性淤泥法生物膜法定义利用悬浮生长的微生物絮体处理污水利用微生物在固体表面附着生长对废水进行生物处理的技术主要组成成分微生物絮体（菌胶团、丝状细菌、原生生物、后生生物、有机物、胶体等）载体，微生物特征与特点 利用微生物絮体为生化反应的主体物； 利用曝气设备向生化反应系统分散空气或氧气，为微生物提供氧源； 对体系进行混合搅拌以增加接触和加速生化反应传质过程； 采用沉淀方式去除有机物，降低出水中的微生物的固体含量； 通过回流使沉淀池浓缩的微生物絮凝体返